[发明专利]基于OTPA法和实物建模的航空发动机振动传递路径分析方法

说明书

一种基于OTPA法和实物建模的发动机整机振动传递路径分析方法。其包括将发动机离散为转子、轴承、内机匣、外机匣、安装节、吊挂和机翼系统，利用OTPA理论将各系统间连接等效成多路径隔振系统；建立航空发动机整机三维模型；对航空发动机整机三维模型中进行分析；在各隔振子系统的不同部位施加相同激励，计算不同部位接受端的响应；根据多种工况计算OTPA法的传递函数矩阵；通过振动路径的插入损失判断各振动传递路径对于航空发动机整机振动的贡献量情况等步骤。本发明优点：建立了完整的转子‑轴承‑机匣‑安装节‑吊挂—机翼动力学模型，能找到振动能量传递关键路径和分析每条振动传递路径上振动能量的贡献量。

技术领域

本发明属于航空发动机振动分析技术领域，特别是涉及一种基于OTPA和实物建模的航空发动机振动传递路径分析方法。

背景技术

航空发动机整机振动研究是航空发动机结构完整性研究的重要内容之一，开展发动机整机振动载荷传递路径研究是改善发动机整机性能的主要途径之一。对于民用大涵道比涡扇发动机来说，开展航空发动机整机振动传递路径研究，对飞机吊架的结构强度设计、航空发动机隔振设计和机舱降噪设计都具有重大意义。

OTPA法(Operational Transfer Path Analysis，工况传递路径分析法)是将机械系统看作是由振源、振动传递路径和接受端组成的隔振系统，振动载荷会通过多种传递路径传递到一个或多个接受端，通过对隔振系统的振动传递路径进行分析，能够找到振动能量传递的关键路径。OTPA法是一种有效的振动传递路径分析方法，也是一种有效的振动控制方式。但当同一部件上的不同振源或接受端接近或结构相似时，OTPA法难于区分振动传播路径的不同；另外，OTPA法是基于响应-响应的传递函数进行计算，因此无法识别没有被激发的振动传播路径。

由于航空发动机结构非常复杂,建立完整的航空发动机整机模型非常困难；即使能够采用完整的航空发动机整机模型进行计算，也会面临模型自由度过多，计算量过大，甚至无法完成计算的问题。同时，计算结果中包含过多细节结构或部件结构的影响，振动特性提取困难。目前对航空发动机整机振动的研究主要是基于简化的转子动力学模型，例如建立转子-轴承-机匣的动力学模型，研究由于转子不平衡、不对中、碰摩等引起的振动响应或研究典型转子故障对整机振动的影响机理。简化的转子动力学模型对涉及航空发动机结构细节的振动载荷传递路径的研究存在先天不足，此外，对于建立完整的转子-轴承-机匣-安装节-吊挂—机翼动力学模型，并研究整机振动载荷传递路径的方法较少。

现阶段对于民用大涵道比涡扇发动机振动传递路径分析的方法仅限于对局部隔振系统的振动分析，未考虑发动机内部各系统之间以及不同结构部件振动特性的影响，因此得出的结果与实际发动机振动数据的一致性较差，也未提出完整的航空发动机整机振动传递路径分析方法，对于解决实际工程问题的指导性不强。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于OTPA法和实物建模的发动机整机振动传递路径分析方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于OTPA法和实物建模的发动机整机振动传递路径分析方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)根据民用大涵道比涡扇发动机的结构特征，将航空发动机离散为转子系统、轴承系统、内机匣系统、外机匣系统、安装节系统、吊挂系统和机翼系统，然后利用OTPA理论将上述各系统之间的连接等效成包括振源、多路振动传递路径和接受端的多路径隔振系统；其中转子系统、轴承系统、内机匣系统和外机匣系统构成轴承隔振子系统；内机匣系统、外机匣系统，安装节系统和吊挂系统构成安装节隔振子系统；安装节系统、吊挂系统和机翼系统构成吊挂隔振子系统；

2)建立包括转子系统、轴承系统、机匣系统、安装节系统和吊挂系统在内的航空发动机整机三维模型；